董曉歡 岳綱冬 白春啟 史常旋 吳東亮 張河毅

(1 中央儲備糧廈門直屬庫有限公司 361026)(2 中國儲備糧管理集團有限公司福建分公司 350008)(3 河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院 450000)

我國是大豆消費大國，2019年進口大豆約占全國大豆消費總量的90%[1]。進口大豆由于雜質(zhì)含量高、含油量高、入境前儲藏環(huán)境較差等原因，導(dǎo)致其存在易發(fā)熱、易發(fā)霉、易生蟲和易結(jié)露的問題[2]。尤其在高溫高濕的東南沿海地區(qū)，淺圓倉進口大豆的長期安全儲藏問題亟待解決。

中央儲備糧廈門直屬庫有限公司(以下簡稱廈門庫)位于東南沿海地區(qū)，年平均氣溫21℃，冬季溫暖濕潤、夏季高溫高濕。控溫氣調(diào)技術(shù)是一種綜合運用氮氣氣調(diào)、空調(diào)控溫和內(nèi)環(huán)流均溫的綠色儲糧技術(shù)，該技術(shù)的運用可使高溫高濕地區(qū)淺圓倉內(nèi)糧食長期保持準低溫的安全狀態(tài)，同時起到殺蟲、防霉、抑菌和延緩糧食品質(zhì)劣變的作用[3]。因此，探究控溫氣調(diào)技術(shù)對廈門庫淺圓倉進口大豆安全儲藏的影響，對東南沿海地區(qū)的進口大豆儲藏有重要的參考意義。

1 材料和方法

1.1 試驗倉及配套設(shè)施

試驗倉203倉，對照倉205倉、302倉均為淺圓倉；內(nèi)徑24 m，裝糧線高25.82 m，設(shè)計倉容為8500 t；倉墻為鋼筋砼結(jié)構(gòu)，厚度28 cm。供試倉房配備了智能充氮系統(tǒng)、內(nèi)環(huán)流均溫系統(tǒng)、專用空調(diào)控溫系統(tǒng)、數(shù)字測溫系統(tǒng)及閥控式防分級裝置等儲糧設(shè)備。糧倉專用空調(diào)通過保溫管道連接到倉內(nèi)，為防止漏氣和熏蒸造成空調(diào)腐蝕，在進出風(fēng)管中安裝有電動氣密蝶閥。

1.2 儲糧情況

試驗糧食基本情況見表1。

表1 儲糧情況

1.3 儀器與設(shè)備

1.3.1 智能充氮系統(tǒng) 產(chǎn)氣量為400 Nm3/h的變壓吸附式制氮機組，產(chǎn)氣濃度為99.5%。

1.3.2 數(shù)字測溫系統(tǒng) 北京產(chǎn)，軟件型號VER 9.4-20140815。

1.3.3 糧倉專用空調(diào) 上海產(chǎn)，型號YGLA-022DA/A，制冷量22.8 kW，功率9.1 kW。

1.3.4 內(nèi)環(huán)流風(fēng)機 深圳生產(chǎn)，型號HF-250PE，額定功率255 W。

1.3.5 閥控式防分級裝置 江門產(chǎn)。

1.3.6 氧氣濃度檢測儀 德國產(chǎn)，型號X-am5000。

1.4 試驗方法

1.4.1 備倉工作 進口大豆經(jīng)長時間的夏季海上運輸，導(dǎo)致糧溫升高，容易出現(xiàn)發(fā)熱霉變等情況。提前備倉便于進口大豆及時入倉，進行谷冷通風(fēng)降溫。備倉工作主要包括倉房及設(shè)施設(shè)備的檢查、清理、維護；空倉消殺；對擋糧門、工藝孔洞、工藝構(gòu)件過墻交接縫進行封堵。

1.4.2 進口大豆入庫 進口大豆雜質(zhì)較高，且由于淺圓倉斗提輸送設(shè)備會導(dǎo)致糧食破碎率增加。因此，入倉時采用閥控式防分級裝置[4]進行布料，減少了雜質(zhì)、破碎粒的聚集，提高糧堆的孔隙度，有利于整個糧堆的均勻通風(fēng)[5]。入庫后及時進行糧面平整和降溫。

1.4.3 內(nèi)環(huán)流均溫系統(tǒng)的安裝 在靠近倉壁 20 cm～40 cm處，垂直將Φ110 mm PVC管插入糧堆1 m，再采用同口徑的PVC管和三通連接管將每根間隔約1 m的垂直PVC管連接組合成半圓形通風(fēng)管道，覆蓋整倉四周糧面。在通風(fēng)管道中間放置內(nèi)環(huán)流風(fēng)機，接通電源。

1.4.4 技術(shù)路線 冬季機械通風(fēng)結(jié)束后，采用下充上排的方式對三個供試倉房進行充氮氣調(diào)。當(dāng)倉溫高于23℃時，203倉、205倉利用夜間0:00～6:00進行空調(diào)控溫；另外，當(dāng)203倉外圈表層糧溫高于26℃時，開啟內(nèi)環(huán)流風(fēng)機，降低糧堆外圈糧溫，外圈表層糧溫低于23℃時，停止環(huán)流。302倉氣調(diào)期間沒有進行控溫。供試倉房各項技術(shù)操作見表2。

表2 供試倉房技術(shù)操作

1.4.5 數(shù)據(jù)分析與處理 本文所指溫度均指平均溫度。所有數(shù)據(jù)均使用Graphpad Prism 7.0分析處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 淺圓倉控溫氣調(diào)系統(tǒng)

進口大豆呼吸作用會消耗自身干物質(zhì)，呼吸過程會產(chǎn)生熱量和水分。進口大豆糧堆孔隙度相對較差，呼吸作用產(chǎn)生的熱量和水分難以散發(fā)，若不及時處理可能會造成糧堆發(fā)熱，甚至霉爛[6]。這些因素都會影響進口大豆的安全儲藏。倉頂專用空調(diào)未進行氣密性改造前，采用空調(diào)和內(nèi)環(huán)流風(fēng)機控溫雖然可以有效降低表層糧堆溫濕度，卻無法進行控溫處理，夏季糧溫上升很快，只能縮短氣調(diào)周期，殺蟲效果較差。

2.1.1 糧倉專用空調(diào)氣密性改造 為進行控溫氣調(diào)試驗，廈門庫對203倉、205倉的糧倉專用空調(diào)進行氣密性改造，同時選擇空調(diào)未改造的302倉作為對照倉。各供試倉房改造前后從500 Pa降至250 Pa的半衰期見表3。

表3 倉房氣密性

由表3可知，經(jīng)糧倉專用空調(diào)氣密改造后，倉房半衰期符合淺圓倉整倉氣調(diào)氣密性要求。

2.1.2 淺圓倉控溫氣調(diào)系統(tǒng)運行流程 控溫氣調(diào)系統(tǒng)如圖1所示，氮氣可通過地槽口進入糧倉，從下向上進行充氣，糧倉內(nèi)氣體可經(jīng)由上端管道輸送至倉外。糧倉專用空調(diào)可對倉內(nèi)空間氣體循環(huán)制冷，能有效延緩氣調(diào)期間倉溫及表層糧溫的升高。內(nèi)環(huán)流均溫系統(tǒng)可通過內(nèi)環(huán)流風(fēng)機將四周表層糧堆中的濕熱氣體抽出，均衡表層糧堆溫濕度。

圖1 淺圓倉控溫氣調(diào)系統(tǒng)

2.2 控溫效果分析

203倉、205倉、302倉于3月12日前完成充氮操作。為了研究控溫氣調(diào)倉203倉表層糧溫及整倉平均糧溫變化情況，每周檢測一次表層糧溫及平均糧溫。并對三個供試倉控溫數(shù)據(jù)進行對比，選定時間為203倉氣調(diào)開始的3月12日到結(jié)束的8月6日。

2.2.1 糧堆表層糧溫分析 如圖2所示，4月16日前，203倉與302倉表層糧溫均低于19℃，且未出現(xiàn)明顯區(qū)別；4月16日～6月4日期間，203倉與302倉表層糧溫均低于26℃，但兩倉表層糧溫均呈現(xiàn)明顯的上升趨勢。6月4日～8月6月期間，203倉表層糧溫穩(wěn)定在24℃～27℃，且未出現(xiàn)明顯的上升趨勢；而302倉在6月25日達到最高溫度29.2℃，糧溫過高，因而停止氣調(diào)，并及時進行谷冷通風(fēng)降溫。

圖2 淺圓倉表層糧溫變化

經(jīng)統(tǒng)計，203倉共氣調(diào)147 d，302倉共氣調(diào)105 d。因此說明控溫氣調(diào)技術(shù)可以明顯延緩夏季高溫導(dǎo)致的表層糧溫上升趨勢，并延長氣調(diào)周期。

此外，選擇6月25日203倉和205倉外圈表層糧溫數(shù)據(jù)，分析了空調(diào)控溫+內(nèi)環(huán)流均溫和空調(diào)控溫的應(yīng)用對其影響。結(jié)果顯示外圈表層糧溫通過空調(diào)控溫單次可降低0.3℃，而增加內(nèi)環(huán)流均溫后，外圈表層糧溫單次可降低2.2℃。結(jié)果說明，內(nèi)環(huán)流均溫技術(shù)可以顯著降低夏季糧堆外圈表層溫度。

供試倉房平均糧溫變化如圖3所示。203倉、205倉平均糧溫總體呈現(xiàn)線性上升，302倉在谷冷前也呈現(xiàn)相同趨勢。203倉平均糧溫線性擬合方程為y=0.2103x+10.855，R2=0.9863；205倉平均糧溫線性擬合方程為y=0.215x+11.059，R2=0.9862；302倉氣調(diào)期間平均糧溫線性擬合方程為y=0.2437x+11.098，R2=0.9911。203倉與205倉斜率R2接近，而302倉斜率R2則明顯高于其他兩倉。結(jié)果說明，控溫技術(shù)的應(yīng)用可以顯著降低整倉平均糧溫的升高，但空調(diào)控溫+內(nèi)環(huán)流均溫與空調(diào)控溫并未出現(xiàn)明顯的平均糧溫變化。

圖3 淺圓倉平均糧溫變化

2.3 糧堆氮氣濃度分析

各倉房氣調(diào)期間平均氮氣濃度如圖4所示。3月12日充氮至濃度高于98.5%，隨后，各倉整體呈現(xiàn)濃度上升的趨勢。203倉在4月2日達到最高濃度99.6%后下降，并從4月9日起，氮氣濃度穩(wěn)定在99%左右；205倉則是在4月16日達到最高濃度99.7%后，下降并穩(wěn)定在99%左右；302倉濃度于4月30日達到99.4%，并穩(wěn)定至6月25日。結(jié)果表明，使用經(jīng)氣密性改造后的糧倉專用空調(diào)和內(nèi)環(huán)流風(fēng)機進行控溫均不會導(dǎo)致氮氣濃度低于最低殺蟲濃度98%。

圖4 淺圓倉氮氣濃度變化

2.4 殺蟲效果分析

充氮前后害蟲情況如表4所示。經(jīng)過氣調(diào)處理開封后，各倉均未發(fā)現(xiàn)活蟲。但是302倉在氣調(diào)結(jié)束后60 d發(fā)現(xiàn)糧堆表層書虱2頭/kg，90 d發(fā)現(xiàn)米扁蟲1頭/kg；而203倉和205倉在90 d內(nèi)均未發(fā)現(xiàn)害蟲。

表4 充氮前后蟲口密度變化對比

2.5 經(jīng)濟效益分析

各供試倉房充氮需要55 h左右，制氮系統(tǒng)運行功率為120 kW，單倉充至氮氣濃度達到98%需耗電6600 kW·h?？照{(diào)運行功率為9 kW，夜間單次運行需耗電54 kW·h；2臺內(nèi)環(huán)流風(fēng)機運行10 h耗電5 kW·h。本次試驗期間，空調(diào)共運行84次，內(nèi)環(huán)流風(fēng)機運行20次。谷冷機功率為60 kW，302倉氣調(diào)結(jié)束后谷冷降溫共耗電9730 kW·h；302倉從7月2日開始進行空調(diào)控溫，單次運行6 h，共運行35次。能耗如表5所示，控溫氣調(diào)技術(shù)的應(yīng)用可以明顯降低噸糧成本，同時讓氣調(diào)周期延長42 d，大幅度提升了氣調(diào)殺蟲效果。此外，控溫氣調(diào)技術(shù)的應(yīng)用，減少了淺圓倉薄膜氣囊密閉產(chǎn)生的費用[7]。這表明，控溫氣調(diào)技術(shù)的應(yīng)用具有顯著的經(jīng)濟效益。

表5 儲糧能耗情況表

3 討論

董曉歡[7]和鄒易[3]分別進行了淺圓倉和高大平房倉的膜下氣調(diào)膜上控溫試驗。但該控溫模式存在薄膜下糧溫與空間溫度差異較大的問題，可能導(dǎo)致薄膜下糧食結(jié)露，甚至霉變。此外，薄膜氣囊密閉會產(chǎn)生一定的人工費和材料費，費時費力。因此，本次研究以無薄膜氣囊密閉的進口大豆作為研究對象，進行淺圓倉內(nèi)同一空間的控溫氣調(diào)試驗。

試驗結(jié)果顯示，控溫氣調(diào)系統(tǒng)可以通過延緩整倉糧溫及表層糧溫上升幅度，進而延長氣調(diào)周期，確保進口大豆的長期安全儲藏。其具體原因可能是空調(diào)及內(nèi)環(huán)流風(fēng)機的運行可以改變倉房內(nèi)原有的微氣流循環(huán)，形成帶有冷源的微氣流循環(huán)；同時，氮氣氣調(diào)可以有效降低進口大豆的呼吸作用，并抑制微生物的繁殖，以此降低糧堆內(nèi)熱量的產(chǎn)生。氣調(diào)期間，糧倉專用空調(diào)及內(nèi)環(huán)流風(fēng)機的應(yīng)用并不會導(dǎo)致整倉氮氣濃度的下調(diào)。證明接入改造空調(diào)后淺圓倉從500 Pa降至250 Pa半衰期接近5 min時，滿足控溫氣調(diào)技術(shù)的應(yīng)用要求。

夏季高溫會導(dǎo)致糧堆淺層外圈積熱，出現(xiàn)糧堆溫差過大的情況，可能會導(dǎo)致水分轉(zhuǎn)移，造成糧堆局部發(fā)熱，甚至是霉變。內(nèi)環(huán)流均溫可以抽出淺層糧堆的濕熱空氣，減少該情況的發(fā)生。在本次試驗中，內(nèi)環(huán)流風(fēng)機的應(yīng)用可起到顯著降低外圈表層糧溫的作用，所以內(nèi)環(huán)流均溫也是控溫環(huán)節(jié)的重要一環(huán)。

綜上所述，控溫氣調(diào)技術(shù)可以有效延緩氣調(diào)期間糧溫上升的幅度，提升殺蟲效果，是一項值得推廣的綠色儲糧技術(shù)。

4 結(jié)論

本試驗通過對糧倉專用空調(diào)進行改造，滿足了控溫氣調(diào)技術(shù)的應(yīng)用要求。該項技術(shù)在殺蟲、控溫、節(jié)能等方面都有明顯的效果，是一項可在東南沿海地區(qū)甚至是其它地區(qū)推廣的綠色儲糧技術(shù)。同時，本試驗也為東南沿海地區(qū)淺圓倉進口大豆長期安全儲藏提供了依據(jù)。